往复运动间隙密封流场仿真及密封性能研究

摘要

冲击气缸作为自动振打除灰系统的关键执行机构，其性能决定了整个系统的运行，而其密封特性直接决定了冲击气缸的使用寿命和冲击动能，因此提高其密封性能对改善冲击气缸的使用性能具有重要意义。
　　本文针对新型冲击气缸的活塞与缸筒之间的密封结构形式，采用数值模拟和实验研究的方法对间隙密封结构应用在活塞与缸筒之间的密封性能进行了研究，基于泄漏量大小重点讨论了密封间隙宽度、密封间隙进出口压力差以及活塞运动速度对间隙密封性能的影响。
　　首先建立活塞相对静止状态下，活塞与气缸之间的间隙密封结构数学模型，基于Fluent软件对间隙宽度为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm，入口操作压力从0.3MPa变化到0.5MPa时，对间隙密封内流体进行模拟仿真，得到间隙密封内流体的压力分布、速度矢量分布以及密封间隙的泄漏量，采用线性回归分析得到间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制，间隙密封应用在冲击气缸的活塞与缸筒之间的密封时，间隙宽度应控制在0.2mm以下。
　　其次建立活塞运动时，活塞与气缸之间的间隙密封结构数学模型，采用数值模拟方法对密封间隙为0.1mm-0.5mm，活塞速度从-3m/s变化到7m/s，密封间隙进出口压力差从0.3MPa变化到0.5MPa时，对密封间隙内流体的压力场、速度场及泄漏量进行分析。采用线性回归方法分析得到当活塞运动速度恒定时，泄漏量随入口压力线性增大，不同活塞运动速度下，泄漏量增长率相等。密封间隙入口操作压力恒定时，随着密封间隙宽度的增大，泄漏量的增长随活塞速度的增长速率越来越快，表明密封间隙宽度对泄漏量大小及增长速率起决定作用。
　　最后组建由压力传感器、高速工业相机、振动分析仪、数据采集器等构成的实验测试系统。对间隙密封在往复运动冲击气缸应用中的泄漏量与使用寿命进行了实验研究。测试得到操作压力为0.4MPa，密封间隙宽度为0.1mm时，冲击气缸敲击次数可以达到11万次。采用间隙密封结构的冲击气缸使用寿命显著高于采用密封圈结构形式密封的冲击气缸，且间隙密封结构显著降低了气缸活塞与缸筒之间的摩擦力，保证了气缸的冲击动能。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 冲击气缸简介

1.3 密封技术简介

1.4 间隙密封技术研究进展

1.5 计算流体力学简介

1.6 FLUENT软件简介

1.7 本文主要研究内容

第2章 间隙宽度及操作压力对间隙密封性能的影响研究

2.1数学模型的建立

2.2计算参数

2.3数值模拟正确性验证

2.4计算结果与讨论

2.5本章小结

第3章 活塞往复运动速度对间隙密封性能的影响研究

3.1计算模型的建立

3.2计算参数

3.3计算结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 往复运动气缸泄漏量与使用寿命的实验测试

4.1建立实验系统

4.1泄漏量测试

4.2 寿命测试

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢